如图所示,滑块A、B的质量分别为m1与m2,m1<m2,由轻质弹簧相连接置于水平的气垫导轨上,用一轻绳把两滑块拉至最近,使弹簧处于最大压缩状态后绑紧.两滑块一起以恒定的速率v

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 机械能守恒定律/2022-11-10 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,滑块A、B的质量分别为m1与m2,m1<m2,由轻质弹簧相连接置于水平的气垫导轨上,用一轻绳把两滑块拉至最近,使弹簧处于最大压缩状态后绑紧.两滑块一起以恒定的速率v0向右滑动.突然轻绳断开.当弹簧伸至本身的自然长度时,滑块A的速度正好为0.求:
(1)绳断开到第一次恢复自然长度的过程中弹簧释放的弹性势能Ep;
(2)在以后的运动过程中,滑块B是否会有速度为0的时刻?试定量分析证明.
魔方格

◎ 答案

(1)当弹簧处压缩状态时,系统的机械能等于两滑块的动能和弹簧的弹性势能之和,当弹簧伸长到自然长度时,弹性势能为0,因这时滑块A的速度为0,故系统的机械能等于滑块B的动能.设这时滑块B的速度为v,则有E=
1
2
m2v2
因系统所受外力为0,由动量守恒定律(m1+m2)v0=m2 v,解得E=
(m1+m2)2
v20
2m2

由于只有弹簧的弹力做功,系统的机械能守恒
1
2
(m1+m2)v02+EP=E,解得EP=
m1(m1+m2)
v20
2m2

(2)假设在以后的运动中滑块B可以出现速度为0的时刻,并设此时A的速度为v1
弹簧的弹性势能为Ep′,由机械能守恒定律得
1
2
m1v12+EP′=
(m1+m2)
v20
2m2

根据动量守恒得(m1+m2) v0=m1 v1
求出v1代入上式得:
(m1+m2)
v20
2m1
+EP′=
(m1+m2)
v20
2m2

因为Ep′≥0,故得:
(m1+m2)
v20
2m1
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